專利名稱：精密氣壓缸配重裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密氣壓缸配重裝置及其控制方法，尤其是一種應(yīng)用于綜合加工機(jī)、放電加工機(jī)中的Z軸的精密氣壓缸的配重裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
放電加工機(jī)(EDM)為目前廣泛應(yīng)用的加工模具的設(shè)備，尤其精密3C微小模具的加工更是無(wú)可取代的，習(xí)知放電加工機(jī)結(jié)構(gòu)如美國(guó)第6353199號(hào)專利案，其應(yīng)用于放電加工機(jī)Z軸(即垂直軸)的精密氣壓缸配重裝置，請(qǐng)參閱圖1，該習(xí)知精密氣壓缸配重裝置1大致由一空氣干燥器10、一空氣調(diào)節(jié)器11、一空氣調(diào)壓器12、一氣壓缸13及一電極頭14所組成，氣壓源A由外部輸入經(jīng)由空氣干燥器10和空氣調(diào)節(jié)器11將水分及雜質(zhì)過(guò)濾的后，于更換不同重量的電極頭14時(shí)，工作員須以手動(dòng)旋鈕調(diào)整空氣調(diào)壓器12，以改變輸入氣壓缸13中的氣壓，使得W(負(fù)載重量)＝P(氣壓)×A(氣壓缸有效截面積)，當(dāng)負(fù)載的重力得到平衡后，再繼續(xù)開(kāi)機(jī)進(jìn)行放電加工制程。
上述傳統(tǒng)的配重裝置雖能維持負(fù)載補(bǔ)償，但其調(diào)壓方式采用人工手動(dòng)調(diào)壓，每次調(diào)整較耗時(shí)且相對(duì)于生產(chǎn)線上24小時(shí)的運(yùn)作方式而言亦較耗費(fèi)成本；且手動(dòng)調(diào)壓的方式在安全性及精密度方面亦較差。
為解決上述因傳統(tǒng)式精密氣壓缸配重裝置以手動(dòng)調(diào)壓維持負(fù)載補(bǔ)償所存在的安全性低、精密度差及較耗費(fèi)成本的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種精密氣壓缸配重裝置及其控制方法來(lái)達(dá)到提高安全性、精密度及節(jié)省成本的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種精密氣壓缸配重裝置及其控制方法，其藉由一自動(dòng)調(diào)整配重氣壓的調(diào)壓回路及控制流程，可以節(jié)省伺服軸輸出推力、加工機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)間及更換負(fù)載的調(diào)整時(shí)間，并提升加工精度；內(nèi)建的煞車(chē)制動(dòng)機(jī)構(gòu)在誤動(dòng)作、低氣壓或低電源時(shí)，可以有效的保護(hù)機(jī)臺(tái)與工件；而藉由閉鎖伺服閥，可以在超精密行程動(dòng)作時(shí)提供機(jī)臺(tái)額外的動(dòng)態(tài)剛性。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的氣壓缸配重裝置包括處理器，儲(chǔ)存有配重控制軟件及數(shù)據(jù)資料庫(kù)；氣壓機(jī)構(gòu)，具有一伺服軸和連設(shè)于伺服軸的連動(dòng)桿及一氣壓缸；位置反饋裝置，以接收氣壓機(jī)構(gòu)的反饋訊息以調(diào)整壓力；煞車(chē)制動(dòng)機(jī)構(gòu)，以接收處理器的控制指令以鎖定氣壓缸；精密調(diào)壓閥，包括一電磁閥及一增壓閥，以接受處理器的控制指令以控制流經(jīng)氣體的氣壓流量；壓力感知器，以感知由氣壓源流經(jīng)氣體的氣壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓大小并傳至處理器中。
本發(fā)明的精密氣壓缸的配重方法包括下列步驟當(dāng)要更換負(fù)載重量時(shí)，處理器根據(jù)上一次記錄或資料調(diào)整精密調(diào)壓閥的輸出壓力；接著，位置反饋裝置根據(jù)氣壓缸位移狀態(tài)增加或減少精密調(diào)壓閥的輸出壓力；最后，位移不變，將壓力值傳至處理器中儲(chǔ)存并完成單次控制流程。
有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及技術(shù)，現(xiàn)配合


如下

圖1為習(xí)知精密氣壓缸配重裝置的方塊示意圖；圖2為本發(fā)明精密氣壓缸配重裝置一較佳具體實(shí)施方式
的示意圖；圖3為本發(fā)明精密氣壓缸的配重方法的流程示意圖；圖4為圖3中步驟33中位移調(diào)整的詳細(xì)流程示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1 習(xí)知精密氣壓缸配重裝置；
10 空氣干燥器；11 空氣調(diào)節(jié)器；12 空氣調(diào)壓器；13 氣壓缸；14 電極頭；2 本發(fā)明精密氣壓缸配重裝置；20 氣壓機(jī)構(gòu)；200 伺服軸；201 連動(dòng)桿；202 氣壓缸；203 制動(dòng)器；21 處理器；22 位置反饋裝置；23 煞車(chē)伺服閥；24 閉鎖伺服閥；25 壓力感知器；26 精密調(diào)壓閥；27 氣壓過(guò)濾器；
具體實(shí)施例方式
圖2所示為本發(fā)明精密氣壓缸配重裝置2一較佳具體實(shí)施方式
的示意圖，其中包括電極頭14、氣壓機(jī)構(gòu)20、處理器21、位置反饋裝置22、煞車(chē)伺服閥23、閉鎖伺服閥24、壓力感知器25、精密調(diào)壓閥26及氣壓過(guò)濾器27等主要構(gòu)件。
其中，氣壓機(jī)構(gòu)20，具有一伺服軸200、連設(shè)于伺服軸200的連動(dòng)桿201及一氣壓缸202，在氣壓缸202中并設(shè)有一制動(dòng)器203用以鎖定氣壓缸202。處理器21，例如可編程式邏輯控制器(PLC)，內(nèi)建有操作系統(tǒng)及記憶單元；在記憶單元中并儲(chǔ)存有配重控制軟件及數(shù)據(jù)資料庫(kù)，數(shù)據(jù)資料庫(kù)中建有負(fù)載重量對(duì)應(yīng)輸出壓力的補(bǔ)償資料。其中位置反饋裝置22，以接收氣壓機(jī)構(gòu)20的位移訊息以調(diào)整氣壓的輸出壓力。有關(guān)煞車(chē)伺服閥23，以接收處理器21的控制指令以控制制動(dòng)器203的啟閉。閉鎖伺服閥24，以接受處理器21的控制指令以控制流經(jīng)氣體的氣壓流量。壓力感知器25，以感知流經(jīng)氣體的氣壓轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓的大小并傳至處理器21中。精密調(diào)壓閥26，包括一電磁閥及一增壓閥(圖中未示)，以接受處理器21的控制指令以控制流經(jīng)氣體的氣壓流量。氣壓過(guò)濾器27，用以過(guò)濾氣壓源A的水分及雜質(zhì)。
實(shí)際操作中當(dāng)要更換負(fù)載重量時(shí)，伺服軸200移至行程中央，處理器21會(huì)先檢查氣壓源A的訊號(hào)和電源是否異常，如果異常則開(kāi)啟煞車(chē)伺服閥23令制動(dòng)器203鎖定氣壓缸202，直到異常排除；接著處理器21會(huì)根據(jù)上一次記錄、數(shù)據(jù)資料庫(kù)或使用者鍵入資料的補(bǔ)償壓力，調(diào)整精密調(diào)壓閥26的輸出壓力；并關(guān)閉煞車(chē)伺服閥23放開(kāi)制動(dòng)器203，使氣壓機(jī)構(gòu)20開(kāi)始動(dòng)作；若有位移則傳送反饋訊息至位置反饋裝置22中，位置反饋裝置22即會(huì)根據(jù)反饋的訊息調(diào)整精密調(diào)壓閥26控制氣壓流量，直到位移不變，即將此時(shí)的壓力值傳至處理器21中儲(chǔ)存，以當(dāng)作下一次更換負(fù)載的參考。當(dāng)配重控制完成后，即可開(kāi)機(jī)啟動(dòng)伺服軸200以進(jìn)行放電加工制程，直到下一次要再更換不同負(fù)載重量的電極頭14時(shí)再進(jìn)行下一次的配重控制流程。
除此的外，本發(fā)明更具有超精密定位的功能，在進(jìn)行鏡面放電加工等須超精密定位的加工過(guò)程時(shí)，處理器21控制關(guān)閉閉鎖伺服閥24封閉輸入氣壓，本實(shí)施方式中當(dāng)處理器21偵測(cè)位移小于設(shè)定值(例如200μm)時(shí)即會(huì)關(guān)閉閉鎖伺服閥24，當(dāng)時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)間(例如2分鐘)或加工完成后再開(kāi)啟閉鎖伺服閥24。
圖3所示為本發(fā)明精密氣壓缸的配重方法的流程示意圖，其包括下列步驟首先，進(jìn)行步驟30，當(dāng)在加工中途欲進(jìn)行更換負(fù)載重量作業(yè)時(shí)，即將伺服軸移至行程中央，處理器會(huì)檢查氣壓源的訊號(hào)和電源是否異常；步驟31，若異常則開(kāi)啟煞車(chē)伺服閥令制動(dòng)器鎖定氣壓缸，直到異常排除。步驟32，若正常則處理器會(huì)根據(jù)上一次記錄、由數(shù)據(jù)資料庫(kù)中的補(bǔ)償壓力，調(diào)整精密調(diào)壓閥的輸出壓力；并關(guān)閉煞車(chē)伺服閥，放開(kāi)制動(dòng)器，使氣壓機(jī)構(gòu)開(kāi)始動(dòng)作。步驟33，位置反饋裝置根據(jù)位移狀態(tài)增加或減少精密調(diào)壓閥的輸出壓力；若有位移則傳送反饋訊息至位置反饋裝置中，位移反饋裝置即會(huì)根據(jù)反饋的訊息調(diào)整精密調(diào)壓閥其閥口大小，以控制氣壓流量，直到位移不變，即將此時(shí)的壓力值傳至處理器中儲(chǔ)存，以當(dāng)作下一次更換負(fù)載的參考。步驟34，關(guān)閉閉鎖伺服閥，進(jìn)行精密加工定位程序；在本實(shí)施例中當(dāng)控制器偵測(cè)位移小于設(shè)定位移(例如200μm)時(shí)即會(huì)關(guān)閉閉鎖伺服閥，當(dāng)時(shí)間超過(guò)設(shè)定時(shí)間(例如2分鐘)或調(diào)整位移完成后再開(kāi)啟閉鎖伺服閥。
圖4為步驟33中位移調(diào)整的詳細(xì)流程示意圖，首先于步驟330中開(kāi)始調(diào)整輸出壓力；接著進(jìn)行步驟331，判斷位移狀態(tài)；步驟332，氣壓缸位移向上，減少精密氣壓閥輸出壓力；步驟333，判斷是否已達(dá)最高位置；若氣壓缸已達(dá)最高位置則進(jìn)入步驟334鎖定氣壓缸；若未達(dá)最高位置則重返步驟331。
步驟335，氣壓缸位移向下，增加精密氣壓閥輸出壓力；步驟336，判斷是否已達(dá)最低位置；若氣壓缸已達(dá)最低位置則進(jìn)入步驟337鎖定氣壓缸；若未達(dá)最高位置則重返步驟331。
步驟338，位移不變，將此時(shí)的壓力值傳至處理器中儲(chǔ)存，以當(dāng)作下一次更換負(fù)載的參考，進(jìn)入步驟34。
綜上所述，充份顯示出本發(fā)明精密氣壓缸配重裝置及其控制方法在目的及功效上均深富實(shí)施的進(jìn)步性，極具產(chǎn)業(yè)的利用價(jià)值，且為目前市面上前所未見(jiàn)的新發(fā)明，完全符合申請(qǐng)發(fā)明專利的要求，爰依法提出申請(qǐng)。
唯以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，當(dāng)不能以之限定本發(fā)明所實(shí)施的范圍。即大凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明專利保護(hù)范圍之內(nèi)，謹(jǐn)請(qǐng)貴審查委員明鑒，并祈惠準(zhǔn)，是所至禱。
權(quán)利要求
1.一種精密氣壓缸配重裝置，其包括一氣壓機(jī)構(gòu)，包括一氣壓缸及一連動(dòng)于該氣壓缸的伺服軸；一處理器，內(nèi)建有配重控制軟件及數(shù)據(jù)資料庫(kù)；一壓力感知器，以感知流經(jīng)的氣壓并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓大小并傳至處理器中；一精密調(diào)壓閥，以接受該處理器的控制指令以控制流經(jīng)氣體的氣壓流量；及一位置反饋裝置，以接收氣壓缸的位移訊息以調(diào)整精密調(diào)壓閥的輸出壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密氣壓缸配重裝置，其更進(jìn)一步包括一組設(shè)于氣壓缸的制動(dòng)器，用以鎖定氣壓缸；一煞車(chē)伺服閥可接受處理器發(fā)出的控制指令以控制制動(dòng)器的啟閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密氣壓缸配重裝置，其更進(jìn)一步包括一閉鎖伺服閥，以接受處理器的控制指令以閉鎖輸入氣壓缸中的氣壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的精密氣壓缸配重裝置，該精密調(diào)壓閥由一電磁閥及一增壓閥所組成。
5.一種精密氣壓缸配重裝置，其包括一氣壓機(jī)構(gòu)，包括一氣壓缸及一連動(dòng)于該氣壓缸的伺服軸；及一自動(dòng)調(diào)壓回路，內(nèi)含處理器，可根據(jù)該處理器中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)資料及接受由該氣壓缸輸出的反饋位移數(shù)據(jù)資料來(lái)控制調(diào)整輸出氣壓的大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精密氣壓缸配重裝置，其中該自動(dòng)調(diào)壓回路更包括有一精密調(diào)壓閥，以接受該處理器的控制指令以控制流經(jīng)氣體的氣壓流量；及一位置反饋裝置，以接收該氣壓缸的位移訊息以調(diào)整該精密調(diào)壓閥的輸出壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精密氣壓缸配重裝置，其更進(jìn)一步包括一制動(dòng)器及一煞車(chē)伺服閥，該制動(dòng)器設(shè)于氣壓缸中用以鎖定氣壓缸，該煞車(chē)伺服閥可接受處理器發(fā)出的控制指令以控制制動(dòng)器的啟閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的精密氣壓缸配重裝置，其更進(jìn)一步包括一閉鎖伺服閥，以接受處理器的控制指令以閉鎖輸入氣壓缸中的氣壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的精密氣壓缸配重裝置，其中該精密調(diào)壓閥由一電磁閥及一增壓閥所組成。
10.一種精密氣壓缸控制方法，其包括更換負(fù)載重量，處理器根據(jù)內(nèi)存中的記錄資料調(diào)整精密調(diào)壓閥的輸出壓力；根據(jù)位置反饋裝置氣壓缸位移狀態(tài)調(diào)整精密調(diào)壓閥的輸出壓力；及氣壓缸位移不變，將壓力值傳至該處理器的內(nèi)存中儲(chǔ)存并完成單次控制流程。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的精密氣壓缸控制方法，其中，在更換負(fù)載重量的步驟中，更包括由處理器檢查氣壓源的訊號(hào)和電源是否異常；當(dāng)訊號(hào)和電源異常，開(kāi)啟煞車(chē)伺服閥令制動(dòng)器鎖定氣壓缸，直到異常排除；及當(dāng)訊號(hào)和電源正常，該處理器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)資料庫(kù)中的補(bǔ)償壓力調(diào)整精密調(diào)壓閥的輸出壓力，并關(guān)閉煞車(chē)伺服閥放開(kāi)制動(dòng)器，使氣壓機(jī)構(gòu)開(kāi)始動(dòng)作。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的精密氣壓缸控制方法，其中，在位置反饋裝置根據(jù)氣壓缸位移狀態(tài)調(diào)整精密調(diào)壓閥的輸出壓力步驟中，更包括開(kāi)始調(diào)整輸出壓力，判斷位移狀態(tài)；若氣壓缸位移向上，減少精密氣壓閥輸出壓力；若氣壓缸位移向下，增加精密氣壓閥輸出壓力；及位移不變，將此時(shí)的壓力值傳至處理器中儲(chǔ)存，以當(dāng)作下一次更換負(fù)載的參考。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的精密氣壓缸控制方法，其更包括有一關(guān)閉閉鎖伺服閥以進(jìn)行精密加工定位程序的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的精密氣壓缸控制方法，其中在氣壓缸位移向上的步驟中更包括氣壓缸達(dá)最高位置鎖定氣壓缸的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的精密氣壓缸控制方法，其中在氣壓缸位移向上的步驟中更包括氣壓缸達(dá)最低位置鎖定氣壓缸的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的精密氣壓缸控制方法，其中當(dāng)控制器偵測(cè)位移小于設(shè)定位移時(shí)即會(huì)關(guān)閉閉鎖伺服閥；及當(dāng)時(shí)間超過(guò)一設(shè)定時(shí)間或調(diào)整位移完成后再開(kāi)啟閉鎖伺服閥。
全文摘要
本發(fā)明為一種精密氣壓缸配重裝置及其控制方法，其藉由一自動(dòng)化調(diào)整氣壓的調(diào)壓回路及控制流程，可以節(jié)省伺服軸的輸出推力、加工機(jī)的開(kāi)機(jī)時(shí)間及更換負(fù)載的調(diào)整時(shí)間，并提升加工精度；其藉由內(nèi)建的煞車(chē)制動(dòng)器及煞車(chē)伺服閥可在誤動(dòng)作、低氣壓或低電源時(shí)有效的保護(hù)機(jī)臺(tái)與工件，提高安全性；另藉由閉鎖伺服閥可以在超精密行程動(dòng)作時(shí)提供機(jī)臺(tái)額外的動(dòng)態(tài)剛性。
文檔編號(hào)B23Q5/22GK1519478SQ0310183
公開(kāi)日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者陳國(guó)禎, 許仁源, 游豐檀 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院